如何将数组从C传递到嵌入式python脚本

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网友

1楼 · 编辑于 2024-04-24 12:26:10

Python函数需要传入一个Python对象。因为您希望Python对象是一个NumPy数组，所以应该使用NumPy C-API functions for creating arrays；^{}中的一个可能是一个好的开始。它将使用提供的缓冲区，而不复制数据。

也就是说，用Python编写主程序并为C代码使用C扩展模块几乎总是比较容易的。这种方法使Python更容易进行内存管理，而ctypes模块和Numpy的cpython扩展使向C函数传递Numpy数组变得容易。

网友

2楼 · 编辑于 2024-04-24 12:26:10

实际上，这里最好的答案可能是专门使用numpy数组，即使是从您的C代码中。但如果这不可能，那么您将遇到与在C类型和Python类型之间共享数据的任何代码相同的问题。

一般来说，在C和Python之间共享数据至少有五个选项：

创建一个Pythonlist或其他要传递的对象。
定义一个新的Python类型（在C代码中）来包装和表示数组，方法与在Python中为序列对象定义的方法相同（__getitem__，等等）。
将指向数组的指针强制转换为intptr_t，或显式ctypes类型，或者不强制转换；然后在Python端使用ctypes来访问它。
将指向数组的指针投射到const char *，并将其作为str（或者，在Py3中，bytes）传递，并在Python端使用struct或ctypes来访问它。
创建与buffer协议匹配的对象，然后在Python端再次使用struct或ctypes。

在您的例子中，您希望在Python中使用numpy.arrays。因此，一般情况是：

创建一个要传递的numpy.array。
（可能不合适）
按原样将指针传递给数组，然后从Python中，使用ctypes将其转换为numpy可以转换为数组的类型。
将指向数组的指针转换为const char *，并将其作为str（或者，在Py3中，bytes）传递，该类型已经是numpy可以转换为数组的类型。
创建一个匹配buffer协议的对象，我再次相信numpy可以直接转换。

对于1，这里是如何使用list来实现它的，因为这是一个非常简单的示例（我已经编写了它……）：

PyObject *makelist(int array[], size_t size) {
    PyObject *l = PyList_New(size);
    for (size_t i = 0; i != size; ++i) {
        PyList_SET_ITEM(l, i, PyInt_FromLong(array[i]));
    }
    return l;
}

这里是numpy.array等价物（假设您可以依赖于不被删除的C array请参见文档中的Creating arrays了解有关您的选项的更多详细信息）：

PyObject *makearray(int array[], size_t size) {
    npy_int dim = size;
    return PyArray_SimpleNewFromData(1, &dim, (void *)array);
}

无论如何，不管你怎么做，你最终都会得到一个类似于C的PyObject *的结果（并且只有一个refcount），所以你可以把它作为函数参数传递，而在Python端，它看起来像是numpy.array，list，bytes，或者其他合适的东西。

现在，如何传递函数参数？好吧，您在注释中引用的Pure Embedding中的示例代码演示了如何做到这一点，但并没有真正解释发生了什么。实际上，扩展文档中的解释比嵌入文档中的解释更多，特别是Calling Python Functions from C。另外，请记住standard library source code中充满了这方面的示例（尽管其中一些示例的可读性不如预期的好，可能是因为优化，或者只是因为它们没有被更新以利用新的简化C API特性）。

跳过第一个从Python获取Python函数的例子，因为您可能已经拥有了它。第二个例子（以及关于它的段落）展示了简单的方法：用^{}创建一个参数元组。所以，假设我们要调用一个存储在myfunc中的函数，它的列表由上面的makelist函数返回。你要做的是：

if (!PyCallable_Check(myfunc)) {
    PyErr_SetString(PyExc_TypeError, "function is not callable?!");
    return NULL;
}
PyObject *arglist = Py_BuildValue("(o)", mylist);
PyObject *result = PyObject_CallObject(myfunc, arglist);
Py_DECREF(arglist);
return result;

当然，如果您确定有一个有效的可调用对象，则可以跳过可调用检查。（如果合适的话，通常最好在第一次得到myfunc时进行检查，因为这样可以提供更早更好的错误反馈。）

如果您想真正了解发生了什么，请尝试不使用Py_BuildValue。正如文档所说，[PyObject_CallObject][6]的第二个参数是一个元组，PyObject_CallObject(callable_object, args)相当于apply(callable_object, args)，相当于callable_object(*args)。所以，如果你想在Python中调用myfunc(mylist)，你必须把它有效地转换成myfunc(*(mylist,))，这样你就可以把它转换成C

PyObject *arglist = PyTuple_Pack(1, mylist);

但是通常，Py_BuildValue更容易（特别是如果您还没有将所有内容打包为Python对象），并且代码中的意图也更清晰（就像usingPyArg_ParseTuple比在另一个方向使用显式tuple函数更简单和清晰。

那么，你怎么得到这个myfunc？好吧，如果你已经从嵌入代码中创建了函数，只要保持指针在周围就行了。如果您希望它从Python代码传入，这正是第一个示例所做的。如果您想，例如，从模块或其他上下文中按名称查找它，具体类型（如^{}）和抽象类型（如^{}）的api非常简单，而且通常很明显，如何将Python代码转换为等效的C代码，即使结果大多是难看的样板文件。

把它们放在一起，假设我有一个C整数数组，我想import mymodule并调用一个返回int的函数mymodule.myfunc(mylist)。下面是一个精简的示例（没有实际测试，也没有错误处理，但它应该显示所有部分）：

int callModuleFunc(int array[], size_t size) {
    PyObject *mymodule = PyImport_ImportModule("mymodule");
    PyObject *myfunc = PyObject_GetAttrString(mymodule, "myfunc");
    PyObject *mylist = PyList_New(size);
    for (size_t i = 0; i != size; ++i) {
        PyList_SET_ITEM(l, i, PyInt_FromLong(array[i]));
    }
    PyObject *arglist = Py_BuildValue("(o)", mylist);
    PyObject *result = PyObject_CallObject(myfunc, arglist);
    int retval = (int)PyInt_AsLong(result);
    Py_DECREF(result);
    Py_DECREF(arglist);
    Py_DECREF(mylist);
    Py_DECREF(myfunc);
    Py_DECREF(mymodule);
    return retval;
}

如果你使用C++，你可能想查看某种范围的守护程序/看门人等来处理所有这些{{CD53}}调用，特别是在你开始正确的错误处理（通常意味着早期^ {< CD54 >}通过函数调用的时候）。如果你使用C++ 11或Boost，^ {CD55＞}可能是你所需要的。

但实际上，如果您计划进行大量的C<；->；Python通信，那么最好的方法是查看所有为改进扩展Python-Cython、boost::python等而设计的熟悉框架。即使您正在嵌入，您实际上也在做与扩展相同的工作，因此它们可以以相同的方式提供帮助。

因此，如果您在文档周围搜索，其中一些也具有帮助嵌入部分的工具。例如，您可以使用Cython编写主程序，同时使用C代码和Python代码以及cython --embed。你可能想交叉手指和/或牺牲一些小鸡，但如果它有效，它是惊人的简单和富有成效。Boost在开始的时候并不是那么简单，但是一旦你把事情安排好了，几乎所有的事情都按照你期望的方式完成了，并且工作正常，这对于embedding和扩展来说都是一样的。等等。

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